HFSS天线论 NSOFT HFSS天线设计论文 12

36 Ansoft2004 年用户通讯 应用应用 HFSS8 0 分析复杂材料的反射特性分析复杂材料的反射特性 齐万泉 苏东林 杨争光 北京航空航天大学 北京 100083 摘要 摘要 本文利用 Ansoft HFSS8 0 三维高频仿真设计软件对具有复杂电磁参数材料的反射特性进行了 分析 并通过与理论分析的比较 验证模型的正确性 并在仿真方面指导了吸波材料的设计 关键词 关键词 Ansoft HFSS 复合材料 反射特性 对于具有复杂电磁参数的材料的电磁计算通常是非常困难的 而作为三维高频仿真设计软件的 Ansoft HFSS8 0 在这 方面的计算具有充分的优势 本文将利用这个工具对具有复杂电磁参数材料样板 平板 进行分析 一一 具有复杂电磁参数的材料 具有复杂电磁参数的材料 RCS 特性的特性的 HFSS 仿真计算仿真计算 对复杂电磁参数的材料运用 Ansoft HFSS 仿真可分为单层结构的仿真和多层结构的仿真 具体步骤如下 图一 图二 1 1 单层结构的建模 单层结构的建模 首先新建 HFSS 工程文件 建立仿真模型如图一所示 构造平板结构 其次根据不同材料的电磁参数设置材料 以 分析不同材料的反射特性 再次设置入射波 入射波取为沿 z 方向夹角 30 度到 30 度之间离散的若干平面波 在垂直入 射时为沿 z 方向的平面波 最后设置求解条件 1 2 多层结构的建模 多层结构的建模 和单层结构的建模类似 只是在建模时设置多层平板结构 对不同的平板设置不同的电磁参数 具体的仿真模型见 如图二所示 对于各向异性材料采用等效参数设置 二二 计算结果分析 计算结果分析 2 1 单层结构结果分析单层结构结果分析 2 1 1 在单层结构中设置材料参数为理想导体 此时表现出来的即是平面波入射在金属平板上所表现出来的反射特性 结 果见图三 图三所示结果为单点频下金属平板的反射特性 左图为垂直极化 右图为水平极化 从此图可看出 用 HFSS 仿真结果与理论结果能够很好的吻合 图三 Partners In Design Ansoft2004 年用户通讯 37 2 1 2 在单层结构中设置某种材料相对入射波电场方向垂直极化时的电磁参数 此时表现出来的即是平面波入射在该材料 平板上所表现出来的反射特性 结果见图四 图四所示结果为单点频下此种材料平板的反射特性 从此图可看出 单层平 板在和电场方向垂直时反射率数值有所下降 但下降幅度并不是很大 图四 2 1 3 对单层结构通过改变材料的介电常数 电导率 电损耗角正切可得到如图五至七所示规律 图五所示横坐标为复合材料介电常数 纵坐标为材料归一化 RCS 计算结果 材料的磁导率 磁损耗角为定值 电导 率很大 电损耗角正切各曲线依次递减 图六所示横坐标为复合材料介电常数 纵坐标为材料归一化 RCS 计算结果 材料的磁导率 磁损耗角为定值 电导 率较小 电损耗角正切各曲线依次递减 图七所示横坐标为复合材料介电常数 纵坐标为材料归一化 RCS 计算结果 材料的磁导率 磁损耗角为定值 电导率很小 电损耗角正切各曲线依次递减 从这三幅图可得到如下规律 在电导率很大时 材料的表面反射率比较大 此时反射率随介电常数和损耗角正切的变化产生的变化比较小 随 着介电常数的增大 表面阻抗增大 表面反射率增大 随着电损耗角正切的增大 反射率也减小 在电导率比较小时 反射率有明显减小 并且随着电损耗角正切的增大 反射率减小 在电导率非常小的介质材料情况下 反射率比前两种情况有了很大的减小 随着介电常数的增大 单层平板在平 面电磁波垂直入射时归一化 RCS 逐渐变大 这是因为在介电常数很比较小时 材料的表面阻抗与空气的表面阻 抗更接近 随着介电常数的增大 材料的表面阻抗逐渐增大 大于空气中的特性阻抗因此在材料表面的反射率迅 速增大 我们看到在介电常数从接近空气到逐渐变大时 反射率有较大的增加 损耗角正切的变化并没有引起反 射率的明显变化 图五 图六 图七 2 2 多层平板结构分析 多层平板结构分析 多层平板结构设为七层结构 当改变不同层电磁参数可得到如下图八 图九 Partners In Design 38 Ansoft2004 年用户通讯 图八 图九 图八所示复合材料平板七层材料中一 三 五 七层根据某种电磁参数设置 二 四 六层设为另一介质 横坐标 为复合材料电损耗角 纵坐标为材料归一化 RCS 计算结果 电损耗角正切各曲线依次递增 图九所示复合材料平板七层材料中一 三 五 七层根据某种电磁参数设置 二 四 六层设为另一介质 横坐标 为复合材料介电常数 纵坐标为材料归一化 RCS 计算结果 电损耗角正切各曲线依次递增 从这两图可得到如下结论 电导率 电损耗角正切 介电常数对电介质材料的归一化 RCS 有明显的影响 当电导率很大时 材料接近金属特性 其 RCS 与金属的 RCS 相差不大 介电常数和电损耗角正切对 RCS 的影 响比较小 电导率很小时 材料内部主要为极化损耗 介电常数和电损耗角正切对 RCS 的影响比较大 材料的反射率随着电导率的增加而增大 随着介电常数的增大而增大 随着电损耗角正切的增大而减小 小结小结 从以上分析 在进行吸波复合结构 复合材料 RCS 计算时 运用 Ansoft HFSS 进行仿真计算 可以简化所研究问题 具有建模方便 计算快速的特点 在材料 RCS 的研究中